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線材自動修卷系統(tǒng)
1 最新技術
目前，有兩種方法來剪切線材軋機的線圈。第一種是使用高速剪，一般放置在卷取之前和淬火之后。剪切機在操作員設定的工位內，在特定材料熱處理淬火工藝定義的算法內，自動剪切每個鋼坯的頭部和尾部。速度超過120m/s時，精確重復剪切線材具有挑戰(zhàn)性，需要高科技、高維護的解決方案，并需要不斷關注細節(jié)以實現(xiàn)持續(xù)運行。
盡管很難保持剪切機的穩(wěn)定運行，在線圈送上冷卻輸送機之前，就要進行剪切。在某些后期加工階段，需要進行額外的剪切。對于尋求較低成本、較少維護密集型工藝的工廠，第二種最先進方法是手動剪切操作，通常在專用剪切站或位置的線圈處理區(qū)域的下游進行。手動剪切單調和重復，可能導致勞動傷害，對操作細節(jié)缺乏關注。操作員從每個線圈中剪切的材料過多或過少，都會導致錯誤。另一個問題是安全，因為工人疏忽大意或對工藝過于熟悉，可能會受到手部傷害、熱線圈燒傷和剪切工具的傷害。
手工修邊工藝的開發(fā)：多年來，軋鋼廠一直采用手工修邊，經(jīng)過多次改進優(yōu)化，針對棒磨機中幾種尺寸和規(guī)格，開發(fā)不同的手動剪切工藝，確定了九步工藝。吊鉤或心軸將線圈運到指定的剪切站，操作員準備好將液壓剪切機懸掛在平衡器上。當線圈停止時，操作員迅速找到線圈的前端并用手抓住前幾個圈環(huán)。然后，操作員將這些圈環(huán)拉向吊鉤/心軸的開口端，使圈環(huán)分開。此時，操作員站到更合適的位置來計算展開圈環(huán)的數(shù)目。在需剪切圈環(huán)的大致數(shù)量處會產生較大的間隔。然后操作員操縱液壓剪切機將該圈環(huán)定位到刀片之間的剪切機中，觸發(fā)液壓剪切機剪切特定圈環(huán)。剪切后，操作員將手繞著圈環(huán)的圓周移動，以確保線圈被清楚地分開，沒有任何圈環(huán)的交錯。如果存在交錯或埋入的前端，則需要另外處理。如果線圈中沒有交錯或埋入的前端，操作員用手抓起廢圈環(huán)包，并將其運送到附近的廢圈環(huán)運輸車上。很多時候，廢圈環(huán)過重，他們要將一包廢圈環(huán)扛在肩上。尾端可以在同一位置進行剪切，然后將線圈轉移到構架上，以去除廢圈環(huán);也可以將線圈傳送到位于第二剪切工位中的構架。尾端可以在第二個剪切工位進行剪切，步驟與前面描述的相同。具體選擇取決于線圈之間的可用時間。理想情況下，自動卷尾剪切系統(tǒng)應遵循類似的程序。需注意的是，線圈到達工位時，可能溫度很高。剪切線圈末端需注意工人安全。
2 自動剪切系統(tǒng)
為從線圈中精確地去除材料，正在開發(fā)新方案保持成品質量。無論采用何種剪切方法，都必須在冷卻輸送機和材料冶金性能確定之后進行。為了從生產的每個線圈的頭部和尾部剪切出正確數(shù)量的材料，需要系統(tǒng)來檢測和計數(shù)線圈的圈環(huán)，移動到指定的位置，剪切線圈，并以安全、高效和可重復的方式清除廢料。數(shù)字化、視覺系統(tǒng)和自動化功能推動的最新發(fā)展，使得視覺系統(tǒng)可以直接連接到自動化操作，從而精確地分配、計數(shù)、剪切和丟棄廢料，遠遠超過操作員或高速剪切機的精度。
2.1系統(tǒng)組件
線圈末端剪切系統(tǒng)(TrimRob)正在申請專利，該系統(tǒng)由兩個視覺引導機器人組成，線圈的每端各一個。線圈壓實機前的線圈處理區(qū)域是此類系統(tǒng)的理想位置，通常在該區(qū)域手動剪切。鋼卷處理系統(tǒng)的類型不同，鋼卷輸送系統(tǒng)和可用的占地面積不同，需為軋機定制布局方案。
2.2視覺系統(tǒng)
TrimRob的核心是視覺系統(tǒng)。由攝像機組成，帶有相關視覺處理軟件。攝像機可以安裝在一個獨立的場所，也可以安裝在現(xiàn)有的線圈處理系統(tǒng)中。它們被密封在一個特殊的氣候控制箱中，以防受熱、結垢和灰塵。兩臺攝像機相隔一定距離安裝，以覆蓋重疊視野。通過校準過程把攝像機和機器人的協(xié)調系統(tǒng)連接在一起。視覺過程設計為從線圈末端開始計數(shù)圈環(huán)數(shù)，并輸出所需剪切圈環(huán)的(x，y)坐標。視覺系統(tǒng)的硬件可以是獨立的，也可以內置在機器人控制器中。攝像機在不同的位置拍攝線圈的快照。
2.3 TrimRob工作單元
機器人工作單元是根據(jù)行業(yè)標準ANSI/RIA 15.06-2012.1設計的。系統(tǒng)的所有組件都被封閉在一個8英尺高的透明網(wǎng)狀防護柵欄中。根據(jù)標準，機器人和移動部件保持了安全距離。線圈進出工作單元的運動通過智能安全光幕控制。光幕范圍內的特定區(qū)域被靜音，以便線圈通過，同時感應操作員進入工作單元。根據(jù)觸發(fā)器的類型不同，機器人會轉到一個安全的位置或立即停止。檢修門配有通道，操作員在維護或其他需要時，可以安全地進入工作間。
1)機器人手臂和控制器。剪切使用六軸工業(yè)機器人手臂。這些機器人的最大有效載荷超過了末端執(zhí)行器的重量和展開圈環(huán)所需的力。為了增加安全性，運動范圍被機械鎖定，以避免意外移動到所需區(qū)域之外。液壓泵系統(tǒng)可以安裝在軸1殼體上，軟管通過一個密封套連接到末端執(zhí)行器。液壓閥和控制系統(tǒng)以及線纜包可安裝在機器人機械裝置的軸3臂和/或外殼上。每個機器人都有一個單獨的控制器單元和一個手持示教器。來自機器人機械裝置、視覺系統(tǒng)、人機接口(HMI)和示教器的電纜接入控制器。這些電纜可通過溝槽或可行走電纜橋架布線，以避免絆倒?？刂破魑挥诜雷o柵欄外，靠近檢修門的位置。
2)尾端剪切的線圈傳送。無論是垂直還是水平線圈處理系統(tǒng)，線圈都需要傳送到中間夾持結構以剪切尾端。根據(jù)工廠的要求，其他類型的線圈傳輸系統(tǒng)也可以集成到工作單元中。安全光幕是靜音的，以便線圈傳送通過剪切工序。
3)廢料清除系統(tǒng)。機器人根據(jù)尺寸、等級和客戶要求從線圈兩端剪切特定數(shù)量的圈環(huán)。這些剪切過的廢圈環(huán)需要定期從工作單元中移除。轉盤廢料清除系統(tǒng)是其中一種選擇。三個廢料搬運車以120° 角放置在轉盤上，由防護欄隔開。前端和后端機器人可以獨立地將廢料存放在搬運車上，叉車可以同時清走廢料。轉臺旁邊的低高度擺動門允許叉車更換廢料搬運器，而不會干擾整個TrimRob系統(tǒng)的工作 。這種廢料清除系統(tǒng)的設計，在時序方面最高效。
4)末端執(zhí)行器工具。剪切末端執(zhí)行器工具(TrimTool)安裝在機器人機械裝置的手腕上。它由一個剪切頭、一個用于樣品剪切的夾送輥組件和一個用于固定廢圈環(huán)的臂夾組成。所有驅動功能均由液壓驅動。這種設計經(jīng)過優(yōu)化，將重量保持在最小，同時將反作用力與機器人手腕隔離開來?？筛鼡Q的剪切刀片可剪切直徑達28mm的產品。TrimTool是通用的，使它可以使用相同的設計為前端和尾部剪切。
5)樣品采集系統(tǒng)。棒磨機通常定期測試產品的物理和機械性能，以滿足質量要求。TrimRob在剪切的同時，自動收集樣本。例如一種樣品槽，本質上是一個滑道，一端伸入工作單元，另一端用螺栓固定在工作單元外側的地板上。待采集樣品的長度決定了樣品槽的角度和寬度。
6)人機接口。該系統(tǒng)有一個定制的HMI，將軋機卷處理、卷傳送、廢料清除、機器人、液壓和安全系統(tǒng)聯(lián)系在一起。HMI有控制整個TrimRob系統(tǒng)操作的主程序。它也有一個安全的可編程邏輯控制器(PLC)，監(jiān)控和激活安全相關的功能。
3 剪切機工藝
雖然自動剪切的工藝是靈活的，并且可能因軋機而異，但本節(jié)詳細介紹了典型的剪切機工藝。獲取有關要剪切的圈環(huán)數(shù)的信息是該過程的第一步。有四種可能的方式將此信息傳達給HMI：
1)手動輸入每次運行需要剪切的圈環(huán)數(shù)。
2)通過磨機PLC將該信息發(fā)送至HMI，方法是計算進入線材后水箱開啟所需的時間。該時間測量可確定線材的長度，以及實際需要剪切的圈環(huán)數(shù)。
3)未按規(guī)范冷卻的圈環(huán)被放置在冷卻輸送機上時，數(shù)出這些圈環(huán)的數(shù)量。安裝在輸送機頂部的視覺攝像頭可以識別未冷卻的圈環(huán)和已冷卻的圈環(huán)之間的色差，并對未冷卻圈環(huán)進行計數(shù)。這些信息可以通過以太網(wǎng)實現(xiàn)共享。
4)理想的方法是使用直接安裝在機器人上的視覺攝像機來識別冷卻圈環(huán)和非冷卻圈環(huán)的表面質量差異。這種方法可能并不適用所有鋼種。
在剪切過程開始時，機器人處于初始位置，完成了上一個剪切循圈環(huán)。一旦新線圈進入工作單元，安裝在線圈處理結構上的接近傳感器指示吊鉤處于微調位置。這會觸發(fā)視覺攝像頭拍攝快照，以識別線圈的端部圈環(huán)。從標準的線定位器視覺快照過程可以看出，每一條線緊密地代表一個圈環(huán)。機器人操縱著剪切頭穿透線圈。剪切工具朝鉤子的開口端移動，展開圈環(huán)。視覺攝像機拍攝快照，并根據(jù)HMI的信息定位要剪切的圈環(huán)。在定位和穿透待剪切圈環(huán)旁的線圈后，后者被導入剪切室。在剪切特定圈環(huán)后，夾具閉合以抓取所有廢圈環(huán)。機器人操縱從鉤子上取下廢圈環(huán)，并將其帶到樣品槽中。當機器人在運動時，樣品夾送輥旋轉穿過預定長度。主液壓缸第二次點火以切斷樣品線材長度。剪切后的樣品從溜槽滑下，并收集在工作間外的底座上，供操作員拾取。機器人移動到廢料處理系統(tǒng)，將廢料圈環(huán)放在一個載體上。然后機器人返回原位，為下一個剪切周期做好準備。一個剪切周期的整個持續(xù)時間約為45s，接近于一般鋼廠生產鋼卷所需的時間。所有系統(tǒng)動作和功能都是全自動的，不需要人工操作。視覺系統(tǒng)被可以識別重疊的圈環(huán)，然后機器人使用末端執(zhí)行器執(zhí)行一個預設的程序來移除它們。此外，還預設了一個程序，在線圈形成和微調過程中處理前端和尾端圈環(huán)。
實時匯聚核
心行業(yè)動態(tài)
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